У широкій галузі матеріалознавства карбідкремнієва кераміка стала «улюбленцем» багатьох високотехнологічних галузей завдяки своїм чудовим властивостям, таким як висока твердість, висока міцність, добра термостабільність та хімічна стабільність. Від аерокосмічної галузі до виробництва напівпровідників, від транспортних засобів нової енергії до промислового обладнання, карбідкремнієва кераміка відіграє незамінну роль. У процесі виробництва карбідкремнієвої кераміки метод спікання є ключовим фактором, що визначає її властивості та область застосування. Сьогодні ми заглибимося в процес спікання карбіду кремнію та зосередимося на дослідженні унікальних переваг реакційного спікання.карбідкремнієвої кераміки.
Поширені методи спікання карбіду кремнію
Існують різні методи спікання карбіду кремнію, кожен з яких має свої унікальні принципи та характеристики.
1. Гаряче пресування спікання: цей метод спікання передбачає розміщення порошку карбіду кремнію у формі, застосування певного тиску під час нагрівання для одночасного завершення процесів формування та спікання. Гаряче пресування спікання дозволяє отримати щільну карбідкремнієву кераміку за відносно низьких температур та за короткий проміжок часу з дрібним розміром зерна та добрими механічними властивостями. Однак обладнання для гарячого пресування спікання є складним, вартість форми висока, вимоги до виробничого процесу суворі, і можна виготовляти лише прості фасонні деталі, що призводить до низької ефективності виробництва, що певною мірою обмежує його широкомасштабне застосування.
2. Спікання за атмосферного тиску: Спікання за атмосферного тиску – це процес ущільнювального спікання карбіду кремнію шляхом нагрівання його до 2000-2150 ℃ за атмосферного тиску та в умовах інертної атмосфери з додаванням відповідних спікальних допоміжних речовин. Він поділяється на два процеси: твердофазне спікання та рідкофазне спікання. Твердофазне спікання дозволяє досягти високої щільності карбіду кремнію без скляної фази між кристалами та відмінних механічних властивостей за високих температур; рідкофазне спікання має переваги нижчої температури спікання, меншого розміру зерна та покращеної міцності матеріалу на вигин та в'язкості руйнування. Спікання за атмосферного тиску не має обмежень щодо форми та розміру виробу, низьких виробничих витрат та відмінних комплексних властивостей матеріалу, але температура спікання висока, а споживання енергії високе.
3. Реакційне спікання: Реакційно спечений карбід кремнію вперше запропонував П. Поппер у 1950-х роках. Процес включає змішування джерела вуглецю та порошку карбіду кремнію, а також підготовку заготовки такими методами, як лиття під тиском, сухе пресування або холодне ізостатичне пресування. Потім заготовку нагрівають до температури понад 1500 ℃ у вакуумі або інертній атмосфері, після чого твердий кремній плавиться у рідкий кремній, який проникає в пори заготовки завдяки капілярному ефекту. Рідкий кремній або пара кремнію вступає в хімічну реакцію з C у заготовці, і утворений in situ β-SiC з'єднується з вихідними частинками SiC у заготовці, утворюючи реакційно спечені керамічні матеріали на основі карбіду кремнію.
Переваги реакційного спікання карбідкремнієвої кераміки
Порівняно з іншими методами спікання, реакційно-спечена карбідкремнієва кераміка має багато суттєвих переваг:
1. Низька температура спікання та контрольована вартість: Температура реакційного спікання зазвичай нижча за атмосферну температуру спікання, що значно знижує споживання енергії та вимоги до високотемпературних характеристик обладнання для спікання. Нижча температура спікання означає нижчі витрати на обслуговування обладнання та зменшення споживання енергії під час виробничого процесу, що ефективно знижує виробничі витрати. Це робить реакційно спечену карбідкремнієву кераміку значними економічними перевагами у великомасштабному виробництві.
2. Формування майже до чистого розміру, підходить для складних конструкцій: під час процесу реакційного спікання матеріал майже не зазнає об'ємної усадки. Ця характеристика робить його особливо придатним для виготовлення великогабаритних конструкційних компонентів складної форми. Чи то прецизійні механічні компоненти, чи то великі компоненти промислового обладнання, реакційно-спечена карбідкремнієва кераміка може точно відповідати вимогам проектування, скорочувати кількість наступних етапів обробки, підвищувати ефективність виробництва, а також зменшувати втрати матеріалу та збільшення витрат, спричинені обробкою.
3. Високий ступінь ущільнення матеріалу: Завдяки розумному контролю умов реакції, реакційне спікання може досягти високого ступеня ущільнення карбідкремнієвої кераміки. Щільна структура надає матеріалу чудових механічних властивостей, таких як висока міцність на вигин та стиск, що дозволяє йому зберігати структурну цілісність під впливом значних зовнішніх сил. Водночас щільна структура також підвищує зносостійкість та корозійну стійкість матеріалу, що дозволяє йому стабільно працювати в складних робочих умовах та продовжує термін його служби.
4. Добра хімічна стабільність: Реакційно спечена карбідкремнієва кераміка має чудову стійкість до сильних кислот та розплавлених металів. У таких галузях промисловості, як хімічна та металургійна, обладнання часто контактує з різними агресивними середовищами. Реакційно спечена карбідкремнієва кераміка може ефективно протистояти ерозії цих середовищ, забезпечувати нормальну роботу обладнання, зменшувати витрати на технічне обслуговування та заміну, а також покращувати безперервність та стабільність виробництва.
Широко застосовується в різних галузях
Завдяки цим перевагам, реакційно-спечена карбідкремнієва кераміка широко використовується в багатьох галузях. В галузі високотемпературного пічного обладнання вона може витримувати високі температури та забезпечувати ефективну роботу печей; у теплообмінниках її чудова теплопровідність та стійкість до корозії роблять її ідеальним вибором матеріалу; в обладнанні для захисту навколишнього середовища, такому як форсунки для десульфуризації, вона може протистояти ерозії агресивних середовищ та забезпечувати довготривалу стабільну роботу обладнання. Крім того, реакційно-спечена карбідкремнієва кераміка також відіграє важливу роль у високотехнологічних галузях, таких як фотоелектрична та аерокосмічна промисловість.
Реакційно спечена карбідокремнієва кераміка займає важливе місце в сімействі карбідокремнієвих керамічних виробів завдяки своїм унікальним перевагам. З постійним розвитком технологій та постійною оптимізацією процесів вважається, що реакційно спечена карбідокремнієва кераміка продемонструє свої чудові характеристики в більшій кількості галузей, забезпечуючи міцну матеріальну підтримку для розвитку різних галузей промисловості.
Час публікації: 13 червня 2025 р.